Estabilidad de taludes. Prof. Arnaldo Velásquez Santiago, 2012

Transcripción

1 Estabilidad de taludes Prof. Arnaldo Velásquez Santiago, 2012

2 ESTABILIDAD DE TALUDES

3 CONCEPTOS GENERALES DE ESTABILIDAD DE TALUDES La estabilidad de un talud se determina por la relación existente entre las fuerzas que tienden a producir la inestabilidad y las fuerzas resistentes producidas por las características del macizo rocoso La relación así explicitada da origen al denominado principio de equilibrio limite.

4 FUERZAS PROVOCADORAS DE LA INESTABILIDAD Esfuerzos debido al campo tectónico residual Acción gravitacional Presencia de agua, etc., Fuerzas resistentes del maciso rocoso Cohesión Fricción del material

5 Los métodos frecuentemente utilizados en el análisis de estabilidad de taludes en roca, buscan determinar el equilibrio limite entre las rocas factibles de derrumbar. Se han desarrollado modelos para superficies de falla que plantean procedimientos de análisis para la estabilidad de bloques limitados por planos de discontinuidades geológicas (fallas, fracturas).

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12 COLAPSO DE BANCOS DE 20 metros Mina Chuquicamata (12 millones de toneladas)

13 Una metodología de análisis alternativa implica recurrir a la experiencia acumulada en diferentes faenas mineras para obtener datos sobre altura, ángulo de talud, y su estabilidad en el tiempo. Lo anterior ha permitido desarrollar modelos de comportamiento de taludes en función de su estabilidad.

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15 ANTECEDENTES SOBRE TALUDES DE GRAN DIMENSION La información relacionada con el análisis del comportamiento de taludes en profundidad es escasa. Algunas curvas de diseño permiten concluir para un determinado factor de seguridad y altura, el ángulo de talud correspondiente. En general, estas curvas no entregan información para profundidades mayores a trescientos metros.

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17 Las técnicas de equilibrio limite invariablemente reducen la condición de equilibrio de las rocas excavadas a un factor de seguridad. Este factor se explicita como el cuociente aritmético entre los esfuerzos en pro del deslizamiento de los taludes y los esfuerzos resistentes involucrados. En general, si el factor de seguridad es igual o mayor que 1.0 el talud es estable, y si el cuociente es menor QUE 1.0 LA ROCA DE DICHO TALUD ES INESTABLE.

18 ESTABILIDAD DE TALUDES DESCOHESIVOS T = W sen β β T N N = W cos β W = (W/A)cos β = (W/A)cos β F.S. = Fuerzas Resistentes / Fuerzas Actuantes F.S. =Α/T = (C + tanφ ) A/ (W senβ)

19 F.S. =(CA +Α tanφ )/ (W sen β) F.S. =(CA +Α(W/A)cos β tanφ )/ (W sen β) F.S. =(CA + W cos β tanφ )/(W sen β) Nota: TERRENO DESCOHESIVO (C=0) : F.S. = W cos β tanφ/ W sen β F.S. =tanφ / tan β Para F.S. = 1 φ=β

20 PARA MINERÍA A CIELO ABIERTO : TALUD DE BANCO: F.S. = TALUD ENTRE RAMPAS: F.S. = Superficie de Rotura de Talud Superficie de Rotura de Base Superficie de Rotura de Pie

21 INCORPORACION DE DATOS: - Litologias - Sistemas de fracturas - Nivel freático

22 EQUILIBRIO LIMITE DE BISHOP Y Centro R Δx β α1 X W hn N T αn H

23 PROCEDIMIENTO Sean: c, φ, parametros del material r,θ parametros del circulo de falla se ubica el centro del circulo de falla según eje coordenado se divide la superficie de falla en n rebanadas de altura hn y ANCHO Δx Wn = (hn) x (ΔX) x ( ) Nn = (Wn) x cos(α) Tn = (Wn) x sen(α) F.S. =Σ(C Rθ + Νn tanφ) / Σ Τn

24 METODOLOGIA DE EQUILIBRIO LIMITE SOFTWARE SLIDE

25 FACTOR DE SEGURIDAD

26 ZONIFICACION DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES PARA UNA EXCAVACION OPEN PIT

27 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS PARA ESTABILIDAD DE TALUDES En los macizos rocosos, los modos en que falla el macizo y la estabilidad del mismo son controladas en una gran manera por la intersección de la s discontinuidades presentes, con la superficie de excavación. Estas discontinuidades al intersectarse con las superficies de excavación pueden formar bloques que no revistan ningún peligro para la operación, pero otras configuraciones de bloques pueden ser de real peligro para la operación

28 CUÑAS Y BLOQUES EN CONDICION DE DESLIZAMIENTO POTENCIAL EXCAVACION INSEGURA

29 CONCENTRACION DE POLOS Y PLANOS DE LAS ESTRUCTURAS PRINCIPALES

30 ANALISIS PROBABILISTICO DE DESLIZAMIENTO DE CUÑAS Y BLOQUES SOFTWARE SWEDGE

31 ZONIFICACION DE TIPOS DE FALLAMIENTOS SEGÚN LA CONDICION ESTRUCTURAL

32 De todo lo anterior se concluye que los antecedentes bibliográficos ahora disponibles para dimensionar o evaluar la estabilidad de taludes en profundidad sólo consideran la técnica de equilibrio limite. Se debe destacar que esta metodología no permite incluir en el análisis de la estabilidad de un talud: La deformabilidad del talud Y los sistemas de estructuras

33 CONDICIONES DE DEFORMACION En toda oportunidad que se realiza un proceso de descarga, la roca constitutiva de los taludes debe acomodarse a una nueva condición de equilibrio. Lo anterior se traduce en una capacidad de deformación de dicha roca. Este comportamiento puede ser evaluado directamente con la representación del vector desplazamiento del macizo rocoso, que constituye dichos taludes

34 TENDENCIA AL DESPLAZAMIENTO DEL TALUD DE UNA LADERA

35 DESPLAZAMIENTO DE TALUDES FACE 1 FACE 2

36 VARIACION DEL MODULO DE YOUNG El acomodo de deformación podría confinar algún sector, por sobre su capacidad intrínsica, en este caso, se produce un evento espontáneo similar al estallido de roca (rockburst) de la minería subterránea. También es licito deducir que la roca puede experimentar un proceso de desconfinamiento de su condición inicial virgen, razón por la cual los módulos disminuidos pueden asociarse a material suelto, es decir, material que probablemente experimentó los mayores efectos de deformación.

37 LAS ROCAS, EXPERIMENTAN SIGNIFICATIVAS MODIFICACIONES DE SU MÓDULO DE DEFORMACIÓN (E) CONFORME LA MAGNITUD DE LOS ESFUERZOS QUE LA CONFINAN. n E = KPo (σ3 / Po ) Donde: E: Modulo deformación in-situ. Σ3: Esfuerzo confinante. Po: Presión atmosférica. K y n : Constantes de la roca. (*) Formula extractada de documento 'ANALYSIS OF UNDERGROUND OPENINGS IN ROCK BY FINITE ELEMENT METHODS', FINAL REPORT, APRIL 1973, U.S. BUREAU OF MINES.

38 VARIACIÓN DEL MODULO DE DEFORMACIÓN (E) DECREMENTO DEL MODULO INCREMENTO DEL MODULO

39 VARIACION DEL MODULO DE YOUNG FACE 1 DECREMENTO DE MODULO MODULO SIN VARIACION INCREMENTO DE MODULO FACE 2 FACE 3

40 FACTOR DE SEGURIDAD SEGÚN ESFUERZOS PRINCIPALES Un criterio de fallamiento, universalmente aceptado por la mecánica de rocas, lo constituye el criterio de mohor.coulomb. Formula un factor de seguridad en función de los esfuerzos generados en la roca, el ángulo de fricción interna y la cohesión cx cos(φ) + 0.5x (max + min)x sen(φ ) F.S. = x (max - min)

41 FACTOR DE SEGURIDAD FACE 1 FACTOR DE SEGURIDAD > < FACTOR DE SEGURIDAD < 1.2 FACTOR DE SEGURIDAD < 1.0 FACE 2 FACE 3

42 FACTOR DE SEGURIDAD CONDICIÓN IN-SITU CONDICIÓN HÚMEDA

43 PRODUCTIBIDAD DE TALUDES Se basa en el aumento de la producción mediante la verticalidad de los taludes, en base a: Utilización de técnicas de precorte Control estructural Barreras de contención Sostenimiento opcional y/o puntual

44 ESPECIFICACIONES PARA APLICACIÓN DEL SISTEMA PRECORTE

45 TALUD GLOBAL SUB-VERTICAL BARRERAS DE CONTENCION SOSTENIMIENTO OPCIONAL PERNOS EXTENDIBLES CABLES

46 SOSTENIMIENTO DE TALUDES - PERNOS O CABLES Y CONCRETO LANZADO